柴油车尾气监测、诊断和修复的电子控制单元
阅读：3发布：2021-01-28
专利汇可以提供柴油车尾气监测、诊断和修复的电子控制单元专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于柴油车尾气监测、诊断和修复的 电子 控制单元 ，所述柴油车包括尾气处理系统，所述尾气处理系统包括依次连接在柴油 发动机 尾气管末端的低温升温器、 氧 化型催化器和颗粒捕集器以及与所述颗粒捕集器并联设置的尾气管旁路，所述电子控制单元包括自动监测模 块 、自动诊断模块和自动修复模块。，下面是柴油车尾气监测、诊断和修复的电子控制单元专利的具体信息内容。
1.一种用于对柴油车尾气进行监测、诊断和修复的电子控制单元(ECU)，所述柴油车包括尾气处理系统，所述尾气处理系统包括依次连接在柴油发动机尾气管末端的低温升温器、氧化型催化器和颗粒捕集器以及与所述颗粒捕集器并联设置的尾气管旁路，所述电子控制单元包括自动监测模块、自动诊断模块和自动修复模块，其中
所述自动监测模块与用于尾气背压传感器、尾气温度传感器、发动机转速传感器、添加剂状态传感器、NOX转化率传感器、PM 2.5浓度传感器、火焰传感器连接，以与所述传感器定期进行双向数据交换；
所述自动诊断模块用于根据所述自动监测模块所获取的数据信息对车辆的发动机状况进行诊断，给出尾气异常状况或正常状况的诊断结果；和
所述自动修复模块用于根据所述诊断模块提供的关于发动机状况的诊断信息对车辆的运行状况进行控制，并且在尾气异常状况下采用预定修复模式对发动机的参数进行调整，直至确认所诊断的尾气异常状况恢复至正常状况。
2.根据权利要求1所述的电子控制单元，其特征在于，
如果所述自动修复模块确认所诊断的尾气异常状况回复至正常状况，则指示电子控制单元按正常模式运行；
如果确认所诊断的尾气异常状况不能恢复至正常状况，则指示所述电子控制单元向指挥中心以及用户发出警报，同时告知用户最近的维修地点。
3.根据权利要求1所述的云平台，其特征在于，在所述自动修复模块中的预定修复模式包括：依次检测尾气处理系统中的油泵、气泵是否正常；点火塞是否产生火焰；点火塞的温度是否达到了预定的温度；尾气管末端、颗粒捕集器两端的压力是否在预定范围内；
(i)如果检测到泵没有正常工作，则对泵进行复位操作，如果经过连续的复位仍然不能正常启动，则判断泵完全故障，结束再生过程；
(ii)如果检测到点火塞没有产生火焰，则在对其断电之后重新启动，直至产生火焰；如果仍然不能着火，则判断点火塞失效，结束再生过程；
(iii)如果监测到点火塞的温度没有达到预期的温度，将其断电，间隔预定时间之后重新加电，再次判断其能否达到预定的点火温度，如果仍然不能达到预定的点火温度，则判断点火塞故障，结束再生过程；
(iv)如果监测到尾气管末端的压力高于颗粒捕集器两端的压力，则判断颗粒捕集器出现严重堵塞，立即打开尾气管旁路进行分压，待其压力降低至预定范围内时再进行颗粒捕集器的再生。
4.根据权利要求3所述的云平台，其特征在于，在结束再生过程的同时将故障或失效信息发送至ECU并显示在显示模块上，以通知客户进行及时处理。
5.根据权利要求1所述的云平台，其特征在于，柴油车尾气后处理装置中的ECU将采集到的柴油车尾气后处理装置运行数据通过无线传输模块至运营商的传输链路设备和本地显示模块显示，运营商的传输链路设备将柴油车尾气后处理装置运行数据上传到云端智能平台服务器且云端智能平台服务器对上传的数据进行分类、统计、分析，然后对这些碎片化数据重组，形成可视化、图表化的信息在客户端进行提示，提供给指挥中心，并存储在云端存储器中。
柴油车尾气监测、诊断和修复的电子控制单元
技术领域
背景技术
[0002] 随着柴油车尾气是大气污染，尤其是PM和NOX污染物的主要贡献者，目前针对柴油车尾气的处理技术离不开DOC、DPF、SCR，而针对国IV排放标准，主流的两大技术路线为EGR+DOC/DPF和SCR。
[0003] 中国专利申请CN201510421498.3公开了一种ART-Ⅲ型柴油车尾气后处理装置在线远程监控云平台，其涉及一种能够使车主、监管部门、厂家远程在线监控运行车辆的车况，又能实现远程在线提示的ART-Ⅲ型柴油车尾气后处理装置在线远程监控云平台及方法。对于加装该后处理装置的黄标车，对车主来说如何能迅速获知设备运行状态，是否需要维护；对监管部门而言，车主是否持续使用设备以达到环保标准，设备运行是否故障导致车辆排放超标等；对厂家而言，时刻观察每辆车上设备的运行状态，若发生异常，如何获知车辆当前位置与最近维修点的路径，并第一时间告知车主等。
[0004] 然而，该申请并未公开如何对尾气排放处理装置中发生的故障进行诊断以及自动修复等。因此，本领域需要一种能够对尾气排放处理系统进行监测、诊断及修复的电子控制单元。
发明内容
[0005] 为了设计目的：设计一种能够对装配有尾气净化处理系统的柴油车进行监控、诊断以及修复的电子控制单元。
[0006] 在一个方面中，提供一种用于对柴油车尾气进行监测、诊断和修复的电子控制单元(ECU)，所述柴油车包括尾气处理系统，所述尾气处理系统包括依次连接在柴油发动机尾气管末端的低温升温器、氧化型催化器和颗粒捕集器以及与所述颗粒捕集器并联设置的尾气管旁路，所述电子控制单元包括自动监测模块、自动诊断模块和自动修复模块，其中[0007] 所述自动监测模块与用于尾气背压传感器、尾气温度传感器、发动机转速传感器、添加剂状态传感器、NOX转化率传感器、PM 2.5浓度传感器、火焰传感器连接，以与所述传感器定期进行双向数据交换；所述自动诊断模块用于根据所述自动监测模块所获取的数据信息对车辆的发动机状况进行诊断，给出尾气异常状况或正常状况的诊断结果；和所述自动修复模块用于根据所述诊断模块提供的关于发动机状况的诊断信息对车辆的运行状况进行控制，并且在尾气异常状况下采用预定修复模式对发动机的参数进行调整，直至确认所诊断的尾气异常状况恢复至正常状况。
[0008] 根据前述方面所述的电子控制单元，如果所述自动修复模块确认所诊断的尾气异常状况回复至正常状况，则指示电子控制单元按正常模式运行；如果确认所诊断的尾气异常状况不能恢复至正常状况，则指示所述电子控制单元向指挥中心以及用户发出警报，同时告知用户最近的维修地点。
[0009] 根据前述方面所述电子控制单元，所述自动修复模块中的预定修复模式包括：依次检测尾气处理系统中的油泵、气泵是否正常；点火塞是否产生火焰；点火塞的温度是否达到了预定的温度；尾气管末端、颗粒捕集器两端的压力是否在预定范围内；(i)如果检测到泵没有正常工作，则对泵进行复位操作，如果经过连续的复位仍然不能正常启动，判断泵完全故障，结束再生过程；(ii)如果检测到点火塞没有产生火焰，则在对其断电之后重新启动，直至产生火焰；如果仍然不能着火，则判断点火塞失效，结束再生过程；(iii)如果监测到点火塞的温度没有达到预期的温度，将其断电，间隔预定时间之后重新加电，再次判断其能否达到预定的点火温度，如果仍然不能达到预定的点火温度，则判断点火塞故障，结束再生过程；(iv)如果监测到尾气管末端的压力高于颗粒捕集器两端的压力，则判断颗粒捕集器出现严重堵塞，立即打开尾气管旁路进行分压，待其压力降低至预定范围内时再进行颗粒捕集器的再生。
[0010] 根据前述方面所述的电子控制单元，在结束再生过程的同时将故障或失效信息发送至ECU并显示在显示模块上，以通知客户进行及时处理。
[0011] 根据前述方面所述的电子控制单元，柴油车尾气后处理装置中的ECU将采集到的柴油车尾气后处理装置运行数据通过无线传输模块至运营商的传输链路设备和本地显示模块显示，运营商的传输链路设备将柴油车尾气后处理装置运行数据上传到云端智能平台服务器且云端智能平台服务器对上传的数据进行分类、统计、分析，然后对这些碎片化数据重组，形成可视化、图表化的信息在客户端进行提示，提供给指挥中心，并存储在云端存储器中。
[0012] 通过本发明提供的电子控制单元，能够实现尾气后处理装置的在线监测、自动诊断和自动修复等重要功能。这样，安装有该电子控制单元的柴油车能够完全自主运行，即使因遇到恶劣的工况而发生严重的排气管堵塞等现象时也能够正常运行，而不会被迫半路停下以等待修理。附图说明
[0013] 以下将参考附图来描述本发明。应当理解，附图仅仅是用来以举例的方式解释和说明本发明的原理，而无意于将本发明限制于附图中所显示的具体方案。在附图中：
[0014] 图1是根据本发明的电子控制单元的原理示意图。
[0015] 图2是根据一个实施方案的尾气处理系统的示意图。
具体实施方式
[0016] 以下将参考附图详细描述根据本发明的电子控制单元。然而，本领域的普通技术人员会理解，以下给出的各个实施例仅仅是为了使本领域的普通技术人员能够更好地理解本发明，而没有任何限制的目的。本发明的范围是由权利要求书限定的。
[0017] 图1示出了根据本发明的电子控制单元的原理示意图。在图1中，电子控制单元包括自动监测模块、自动诊断模块和自动修复模块。自动监测模块与用于尾气背压传感器、尾气温度传感器、发动机转速传感器、添加剂状态传感器、NOX转化率传感器、PM 2.5浓度传感器、火焰传感器连接，以与所述传感器定期进行双向数据交换。自动诊断模块用于根据自动监测模块所获取的数据信息对车辆的发动机状况进行诊断，给出尾气异常状况或正常状况的诊断结果。自动修复模块用于根据所述诊断模块提供的关于发动机状况的诊断信息对车辆的运行状况进行控制，并且在尾气异常状况下采用预定修复模式对发动机的参数进行调整，直至确认所诊断的尾气异常状况恢复至正常状况。
[0018] 如果第一次修复过程失败，则自动修复模块将故障信息发送至电子控制单元，电子控制单元对各个参数进行重新设置，并且在必要的情况下指令打开尾气管旁路，使得压力恢复至正常运行值。然后，电子控制单元指示进行第二次修复过程，直至修复所监测的故障。如果第二次修复过程仍然失败，则将该故障诊断为不可修复故障，由此完全终止监测、诊断和修复过程，同时将故障名称通过网络连接发送至客户，并告知其最近的维修地址。
[0019] 柴油车包括尾气处理系统，尾气处理系统包括依次连接在柴油发动机尾气管末端的低温升温器、氧化型催化器和颗粒捕集器以及与所述颗粒捕集器并联设置的尾气管旁路。尾气处理系统的一个实例在图2中示出。
[0020] 在图2中，尾气处理装置100包括与柴油发动机的排气管连接的排气入口102、与排气入口连接的升温器103、设置在升温器103中的点火装置101、与升温器101连接的扰流器104、与扰流器104连接的氧化型催化器105、与氧化型催化器105连接的微粒捕集器106以及与微粒捕集器106连接的排气出口108。
[0021] 在一个实施方案中，这些部件的外壳都是由钢制件制成，优选由不锈钢材料制成。这样能够使这些部件的表面保持光亮，减少灰尘的堆积和腐蚀作用。在另一实施方案中，这些部件之间通过法兰连接。这样，有利于这些部件的安装、拆卸和更换。当然，这些部件也可以通过本领域的普通技术人员熟知的其它连接方式连接，例如焊接等。
[0022] 排气入口102与柴油发动机的排气管口(未示出)连接，用于接收排气。在一个优选的实施方案中，排气入口102呈直径渐变的锥体形状，即其与排气管连接的一端的直径小于与升温器103连接的一端的直径，如图1中示出的。这样，当排气进入升温器103时，压力和流速均变小，使得排气在升温器103中与其中产生的热气流有较长的接触时间，使得排气能够被更充分地加热。这样的布置还降低了升温器103对排气的阻力。
[0023] 该尾气处理系统的一个重要部件是点火装置101。在一个实例中，点火装置101接收并且燃烧来自进油管的燃料和来自进气管的新鲜空气。该燃料可以是来自发动机的燃料，例如柴油。或者，该燃料也可以是单独提供的液体或气体燃料，例如丙烷、乙醇等。
[0024] 点火装置101可以被放置为与来自发动机排气管的排气具有热传递关系。例如，点火装置101可以被至少部分地放置在升温器外壳中，以用于将流入升温器外壳中的排气加热到提升设置在其下游的氧化型催化器(DOC)的效率且允许下游进一步设置的微粒捕集器(DPF)再生的相对高温。作为一个替代方案，点火装置101还可以用于在发动机启动之前预热排放系统，以便在发动机启动时提高排放系统的效率，从而减少冷启动排放。
[0025] 在一个实施方案中，点火装置101以斜插的方式固定在升温器103的侧壁中，其安装有预热部件的一端位于升温器103的壳体外侧，以便于更换预热部件。同时，这样的安装方式减小了点火装置101对排气的阻力，有利于降低排气背压。
[0026] 作为一个重要的特征，在点火装置101之后、在氧化型催化器110之前设置有尾气管旁路109。在尾气管旁路上设置有阀门，该阀门与ECU电通信，用于在接收到ECU发出的打开和关闭的指令时打开或关闭尾气管旁路109。通过该尾气管旁路，当该尾气处理系统因为异常故障导致排气管的背压过大，进而导致无法正常点火或甚至导致发动机不能正常工作时，能够通过ECU指令打开尾气管旁路，使得排气管中的压力降低，直到其恢复到正常范围，然后再进行点火再生，或者通知客户进行修理。这样，就能够避免因为尾气处理器异常导致车辆不能正常行驶。
[0027] 在一个实施方案中，电子控制单元包括自动监测模块、自动诊断模块和自动修复模块。自动监测模块与用于尾气背压传感器、尾气温度传感器、发动机转速传感器、添加剂状态传感器、NOX转化率传感器、PM 2.5浓度传感器、火焰传感器连接，以与所述传感器定期进行双向数据交换。自动诊断模块用于根据所述自动监测模块所获取的数据信息对车辆的发动机状况进行诊断，给出尾气异常状况或正常状况的诊断结果。自动修复模块用于根据所述诊断模块提供的关于发动机状况的诊断信息对车辆的运行状况进行控制，并且在尾气异常状况下采用预定修复模式对发动机的参数进行调整，直至确认所诊断的尾气异常状况恢复至正常状况。
[0028] 这些传感器及其设置可以是本领域的普通技术人员公知的那些传感器及其设置方法，或者是在一些技术文献或专利中公开的那些，例如在中国专利申请公开第105865535号中公开的那些传感器。当然，本领域的普通技术人员也可以根据具体的需要增加或减少传感器的数目、改变传感器的安装位置等。
[0029] 例如，在自动修复模块中的预定修复模式包括：依次检测尾气处理系统中的油泵、气泵是否正常；点火塞是否产生火焰；点火塞的温度是否达到了预定的温度；尾气管末端、颗粒捕集器两端的压力是否在预定范围内；(i)如果检测到泵没有正常工作，则对泵进行复位操作，如果经过连续的复位仍然不能正常启动，则判断泵完全故障，结束再生过程；(ii)如果检测到点火塞没有产生火焰，则在对其断电之后重新启动，直至产生火焰；如果仍然不能着火，则判断点火塞失效，结束再生过程；(iii)如果监测到点火塞的温度没有达到预期的温度，将其断电，间隔预定时间之后重新加电，再次判断其能否达到预定的点火温度，如果仍然不能达到预定的点火温度，则判断点火塞故障，结束再生过程；(iv)如果监测到尾气管末端的压力高于颗粒捕集器两端的压力，则判断颗粒捕集器出现严重堵塞，立即打开尾气管旁路进行分压，待其压力降低至预定范围内时再进行颗粒捕集器的再生。
[0030] 在一个实例中，由于监测到了排气的背压升高，所以ECU发出再生指令，即指示点火装置进行预热和点火。但是在经过预定的时间之后，DPF的前端温度仅达到330℃，并未达到预定的再生温度(550℃)，并且同时排气管中的背压异常升高至10060Pa，远高于适合再生的压力。因此，ECU指示停止再生，同时指令打开尾气管旁路中的电磁阀，使排气管中的背压降低，直至恢复到1040Pa左右。之后，ECU指令关闭电磁阀，在确认排气管中的温度和压力处于适合再生的范围内时，将各部件的设置恢复至初始设定设置，然后指令再次进行点火再生。结果，再次再生仍然不能达到点火再生所需的温度。因此，ECU发出指令，结束再生，并且打开尾气管旁路，使尾气背压保持在适合发动机工作的压力范围内，同时向客户报告故障信息，即DPF堵塞过于严重，需要到维修点拆卸再生。这样避免了DPF在严重堵塞的情况下发生强制再生，降低了因大量碳烟颗粒燃烧所导致的高温致使DPF破裂的风险。
[0031] 在另一实例中，由于监测到了排气的背压升高，所以ECU发出再生指令，即指示点火装置进行预热和点火。但是在经过预定的时间之后，DPF的前端温度仅达到420℃，并未达到预定的再生温度(550℃)，并且同时排气管中的背压异常升高至12560Pa，远高于适合再生的压力。因此，ECU指示停止再生，同时指令打开尾气管旁路中的电磁阀，使排气管中的背压降低，直至恢复到900Pa左右。之后，ECU指令关闭电磁阀，在确认排气管中的温度和压力处于适合再生的范围内时，将各部件的设置恢复至初始设定设置，然后指令再次进行点火再生。由于再生成功点火，并且烧去了DPF中累积的大量碳烟颗粒，因此DPF中的背压大幅降低，最后降低至850Pa左右，完全在发动机正常工作的范围内。因此，ECU指示再生过程结束，柴油发动机及尾气处理系统完全正常工作。
[0032] 根据本发明的电子控制单元还可以跟用于在线监控的监控云平台连接，这样，通过该监控云平台，车主能实时得知车辆是否排放异常并监测后处理设备状态，主管部门可以对投入的治理设备进行后期监管，同时增强自身的监管手段，为环境总量控制提供大数据，对于厂家也能获取更多的产品运数据，为产品的改善升级提供科学数据。在该平台中，一套集数据采集、无线传输、GPS/北斗定位、信息显示功能的采集传输设备与例如黄帝牌ART-III型柴油发动机尾气处理系统的ECU进行通信。该云平台还包括云服务器群(管理服务器，业务服务器群，存储服务器群)和客户端。这些云服务器群采用分布式架构，使整个集群的负载均衡性和安全热备性能大幅提高。例如，在一个实施方案中，首先将ART-III型后处理设备的运行状态，包括背压、前后温、转速、添加剂状态，及其采集到的PM2.5减排量数据由ECU传输至采集传输设备，该设备将数据进行本地显示的同时通过移动互联网(GPRS/3G/4G)传输到云端的服务器，服务器对这些上传的数据进行分类、统计、分析，然后对这些碎片化数据重组，形成可视化、图表化的信息，在客户端进行展示。
[0033] 其次，采集传输设备通过与ART-III型设备ECU进行通信，获取车辆转速、ART-III设备背压、前后温、添加剂状态、PM2.5减排量等数据，一方面将数据在本地显示设备上显示，同时通过无线互联网推送到云端服务器，再由服务器进行数据处理和分发、转发。这里服务器将以分布式架构组成云端服务器群，通过云管理服务器进行负载均衡。平台的数据传输是双向的，从前端到云端：采集传输模块通过GPRS/3G/4G传输机制，以固定频率(可自定义)向服务器推送“心跳”消息，保证与服务器之间的连接畅通，并将采集模块的数据主动推送至服务器，服务器(群)收到海量前端设备上传的数据，这些碎片化数据被服务器即时处理，整理形成分类的、可视化的、图表形式信息在客户端进行显示，同时数据被保存至存储服务器。
[0034] 柴油车尾气后处理装置中的ECU将采集到的柴油车尾气后处理装置运行数据通过无线传输模块至运营商的传输链路设备和本地显示模块显示，运营商的传输链路设备将柴油车尾气后处理装置运行数据上传到云端智能平台服务器且云端智能平台服务器服务器对上传的数据进行分类、统计、分析，然后对这些碎片化数据重组，形成可视化、图表化的信息在客户端进行提示，提供给指挥中心，并存储在云端存储器中。
[0035] 所述客户端可以查看到柴油车尾气后处理装置运行的具体情况和数据，并通过后台阈值的设置，当数据达到设定值时主动报警并发送，告知车主、监管部门和厂家，同时车辆的当前地理信息也能迅速查到，告知车主至最近站点维修。
[0036] 所述监管部门亦可通过禁行区域的设置，结合其他条件设置，限制不达标车辆禁入某些区域，达到管控效果，并通过云存储中的车辆历史轨迹与设备状态数据，作为后期行政执法的证据。
[0037] 所述云端智能平台服务器对数据进行判断，从云端到前端：当服务器对数据进行判断，产生告警信息时，数据可以实时反馈至车辆，让车主或驾驶员及时获知警情，甚至可以直接与车辆ECU交互，远程控制车辆。此外，车主也可通过APP获知本车的信息情况，进行远程的查看和控制。
[0038] 对于加装本装置的黄标车，对车主来说如何能迅速获知设备运行状态，是否需要维护；对监管部门而言，车主是否持续使用设备以达到环保标准，设备运行是否故障导致车辆排放超标等；对厂家而言，时刻观察每辆车上设备的运行状态，若发生异常，如何获知车辆当前位置与最近维修点的路径，并第一时间告知车主等。
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